Stockage thermique avec de la vapeur d'eau ?

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Stockage thermique avec de la vapeur d'eau ?




par FALCON_12 » 03/11/22, 20:26

Bonjour,


Comme certains d'entre nous j'ai cherché des solutions de stockage de la chaleur. En étudiant les MCP (Matériaux à Changement de Phase) j'ai remarqué que la chaleur latente de passage à l'état de vapeur de l'eau était élevée :

Pour faire passer 1000 g d'eau de l'état de glace à celui d'eau il faut 335 kJ
Pour faire passer 1000 g d'eau liquide à 0 °C à 100 °C il faut 419 kJ
Pour faire passer 1000 g d'eau liquide à 100 °C à l'état de vapeur il faut 2257 kJ

Il faut donc 5.4 fois plus d'énergie pour faire passer de l'eau à l'état de vapeur
qu'il en faut pour augmenter sa température de 100 °C.

Image

Serait-il alors possible d'utiliser ce fait pour stocker l'énergie thermique en faisant évoluer
un volume V d'eau autour de sa température de vaporisation ?

J'ai aussi vu que la température d'ébulition de l'eau diminue avec la pression alors que sa chaleur latente augmente avec cette diminution, cela pourrait permettre de travailler à température plus faible (par exemple, à 0.2 bar l'eau boue à 60 °C et à la même température sa chaleur latente de vaporisation est devenue 2360 kJ/kg ).

http://pravarini.free.fr/Images/Teb.jpg

http://pravarini.free.fr/Images/ChaleurLatente.jpg

On pourrait alors penser à stocker de la chaleur dans un réservoir instrumenté (pression, température) et isolé thermiquement contenant de l'eau dont la température oscillerait autour de la température d'ébulition. Je sais qu'à l'échelle industrielle il existe des accumulateurs de vapeurs. Existe-t-il des systèmes équivalents pour les particuliers ? ne pourrions-nous pas constuire un tel système nous-même ? (cocotte-minute ... )
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Christophe
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Re: Stockage thermique




par Christophe » 03/11/22, 20:34

New York, et probablement d'autres agglomération américaines (à vérifier), utilise des réseaux de vapeur pour le chauffage urbain...donc oui la vapeur d'eau est un bon moyen de stocker (et de transporter) la chaleur...

Le bémol : de mémoire 1 gramme de vapeur d'eau (à 100.1°C) prend 400 fois plus de volume que le même gramme à 99.9°C...

Donc il faut monter en pression pour avoir des quantités de chaleur intéressantes...dans des volumes réduits...
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sicetaitsimple
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Re: Stockage thermique




par sicetaitsimple » 03/11/22, 21:46

Christophe a écrit :Le bémol : de mémoire 1 gramme de vapeur d'eau (à 100.1°C) prend 400 fois plus de volume que le même gramme à 99.9°C...

Bah oui, il n'y a pas de miracle.
Je n'ai pas vérifié les chiffres, mais si en effet 1kg de vapeur contient beaucoup plus de kJ que 1kg d'eau à la même température, il prend également beaucoup plus de volume....
Concernant New-York, pas la peine d'aller aussi loin. De mémoire la CPCU (Compagnie Parisienne de Chauffage Urbain) expédie à la sortie de ses unités de production de la vapeur autour de 25bar et 240°C.(c'est de mémoire, pas la peine de venir chipoter pour 2 ou 3 bar ou+/- 20°C).
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Re: Stockage thermique




par FALCON_12 » 13/11/22, 11:35

sicetaitsimple a écrit :
Christophe a écrit :Le bémol : de mémoire 1 gramme de vapeur d'eau (à 100.1°C) prend 400 fois plus de volume que le même gramme à 99.9°C...

Bah oui, il n'y a pas de miracle.
Je n'ai pas vérifié les chiffres, mais si en effet 1kg de vapeur contient beaucoup plus de kJ que 1kg d'eau à la même température, il prend également beaucoup plus de volume....
Concernant New-York, pas la peine d'aller aussi loin. De mémoire la CPCU (Compagnie Parisienne de Chauffage Urbain) expédie à la sortie de ses unités de production de la vapeur autour de 25bar et 240°C.(c'est de mémoire, pas la peine de venir chipoter pour 2 ou 3 bar ou+/- 20°C).



Merci pour l'information. J'ai trouvé sur le net une table qui parle de ces questions.

https://www.thermexcel.com/french/tables/vap_eau.htm

Je me suis pris à rêver en imaginant un réservoir de volume V=67 m3 (4.05³) capable de supporter une pression P de 30 bars. Dans un tel réservoir, si j'ai bien compris, 100 litres d'eau vaporisés à Tv=234 °C tiendraient exactement. L'énergie stockée vaudrait alors 280200 kJ soit 78 kWh.

Je n'ai aucune notion de résistance mécanique et thermique des réservoirs, est-il imaginable d'utiliser une pression de 100, 200 ou 300 bars ? La table s'arrête à 30 bars mais j'aurais bien aimé évaluer V et Tv à de telles pressions. Je n'ai pas les lois mathématiques qui régissent ces grandeurs, existe-t-elles d'ailleurs ?

J'essaierais d'extrapoler les courbes plus tard pour répondre à cette question. Peut-être que la taille du réservoir deviendrait raisonnable. Quand à la température, elle ne dépasserait peut-être pas celle de fonte de l'acier.
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Re: Stockage thermique avec de la vapeur d'eau ?




par Remundo » 13/11/22, 12:20

la vapeur d'eau n'est pas un bon moyen de stocker la chaleur à cause du volume et des pressions qu'elle engendre.

quand par ex tu parles de 300 bar, tu as besoin d'une coque de sous-marin à 3000 m de profondeur pour résister à la pression. Mais en plus pour garder la chaleur, cette coque devrait être entièrement calorifugée. Rien d'impossible, mais vraiment lourd et coûteux.

On utilisera préférentiellement les chaleurs latentes de sels passant de l'état solide à l'état liquide.

C'est d'ailleurs un choix qui a été expérimenté dans certaines centrales solaires à concentration.

On choisit la nature du sel à fondre en fonction de plusieurs critères : température de changement d'état, propriétés chimiques, coût...

Si la chaleur vient d'un combustible, la meilleure façon de "stocker" est de garder l'énergie chimique dans le combustible et de le brûler à la demande.

La chaleur a la coquinerie de fuir irrémédiablement, même en prenant des précautions, c'est une question de temps.

Une autre approche de stockage de la chaleur (mais cette fois basse température) est d'utiliser directement le sol en utilisation intersaisonnière : voir DLSC
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Re: Stockage thermique




par sicetaitsimple » 13/11/22, 12:53

FALCON_12 a écrit :Je me suis pris à rêver en imaginant un réservoir de volume V=67 m3 (4.05³) capable de supporter une pression P de 30 bars. Dans un tel réservoir, si j'ai bien compris, 100 litres d'eau vaporisés à Tv=234 °C tiendraient exactement. L'énergie stockée vaudrait alors 280200 kJ soit 78 kWh.

En gros d'accord avec ce que dit Remundo, on ne stocke en général pas sous forme de vapeur, sauf dans quelques process où il y a des besoins importants de vapeur mais de courte durée. Le stockage permet dans ce cas de ne pas surdimensionner l'unité de production de vapeur.

Cela dit, si tu veux continuer à "t'amuser" avec quelque calculs:
- je pense qu'il y a une erreur d'un facteur 10 dans ton calcul, c'est 1000kg de vapeur que tu pourrais stocker dans ton réservoir.
- les valeurs de 30bar à 100bar sont disponibles sur le site que tu as indiqué, sur une autre page.

Bon courage!
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Re: Stockage thermique avec de la vapeur d'eau ?




par Macro » 14/11/22, 14:00

FALCON_12 a écrit :J'ai aussi vu que la température d'ébulition de l'eau diminue avec la pression alors que sa chaleur latente augmente avec cette diminution, cela pourrait permettre de travailler à température plus faible (par exemple, à 0.2 bar l'eau boue à 60 °C


La temperature d'ebulition de l'eau diminue quand la pression diminue... 0.2 bars pour les avoir sur terre...Pas trop possible, meme sur l'everest tu doit encore etre a 0.35 ...Pour etre a 0.2 bar de Pa faut etre aux alentour de 12000m....
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